AAN MEDIUM-SPEED DIESELMOTOREN K.O. Broekhaus Tekstboek
Documentatienr. T.U.D: E.V. 1627 K.I.M: WER-92-168
Ingenieursopdracht T.U. Delft Juni 1992
Faculteit der Werktuigbouwkunde en
Maritieme Techniek Vakgroep Proces en Energie
snel veel berekeningen kan uitvoeren. Het nadeel van de computer is dat je
Ik wil de volgende personen bedanken voor hun waardevolle bijdragen aan dit werk:
Prof. dr. ir. E. van den Pol, die het onderwerp voor deze afstudeeropdracht heeft
aangedragen;
verbonden aan de Technische Universiteit Delft en het Koninklijk instituut voor de Marine te Den Helder.
- Jr. C.A.J. Tromp, voor de intensieve begeleiding, sturing en de wetenschappelijke benadering;
- G.A.M. Witsiers en A.H. Nijenhuis, voor de modificatie van de proefmotor en de ondersteuning bij de metingen;
Th.O.H. Popma, voor de meettechnische ondersteuning en de verwerking van de meetresultaten;
alien zijn verbonden aan het Koninklijk lnstituut voor de Marine te Den Helder.
J.M. Spoelstra, medestudent en computerfreak voor de 1001 programmeertips; - en mijn vrouw Joyce voor alle morele steun en het corrigeren van het verslag.
Detectie en diagnose van laeerciefecten aan medium-speed dieselmotoren
Beschrijf aan de hand van een literatuurstudie t.a.v. optredende lagerdefecten aan scheepsdieselmotoren:
- het faalmechanisme; - de verschijningsvorm;
- de snelheid waarmee de lagerkwaliteit degradeert;
- de faalfrequentie voor de respectievelijke faalmechanismen.
Beschrijf mogelijke technieken voor de conditiebewaking
van de lagers van het
drijfwerk en de krukas. Ken aan deze technieken een waardeoordeel toe, dat gerelateerd is aan het faalmechanisme.Maak een beschrijving van gebruikelijke smeeroliecircuits en geef aan welke punten zich lenen voor een dynamische drukmeting. De olietoevoer naar de verschillende lagers dient speciale aandacht te krijgen.
Beschrijf de mogelijkheden om voor het dynamisch belaste lager de asbaan en smeer-oliestroom te bepalen. Ga na op welke wijze een lagerdefect invloed heeft op asbaan en smeeroliestroom.
Ga na welke drukvariaties in een smeeroliecircuit verwacht mogen worden (verschillen-de oorzaken) en controleer of van fluctuaties in (verschillen-de smeeroliestroom door (verschillen-de lagers een merkbare invloed op de dynamische druk verwacht mag worden. Geef een oordeel over de dynamische drukmetingen in het smeeroliecircuit, als potentiele methodiek voor
kwantitatieve uitspraken over asbaan, oliestroom en druk in het smeeroliecircuit gedaan kunnen worden en waarmee het effect van lagerdefecten voorspeld kan worden.
Verifieer het model door experiment en trek conclusies over de dynamische drukmeting als conditiebewakingsmethodiek.
Samenvatting
Symbolenliist
Inleiding
Orientatie
1.1. Dynarnisch belast lager 1
1.2. Constructiedelen 2 1.3. Lagermaterialen 5 Faalmechanismen 2.1. Inleiding 8 2.2. S meltslijtage 9 2.3. Plastische vervorming 10 2.4. Adhesie 10 2.5. Ploegslijtage/abrasie/deeltjeserosie 11 2.6. Oppervlaktevermoeiing 12 2.7. Fretting Corrosie 13 2.8. Corrosie 14 2.9. Stromingserosie 15 2.10. Cavitatie-erosie 15 2.11. Samenvatting 16
3.1. Inleiding 18
3.2. Faalfrequentie van krukas- en drijfstanglagers 19
3.3. Frequentieverdeling naar faaloorzaak 20
3.4. Frequentieverdeling naar faalmechanismen 21
3.5. Samenvatting 23
Conditiebewakin 2
4.1. Inleiding 24
4.2. Smeerolieanalyse 25
4.2.1. Ori&itatie 25
4.2.2. Smeerolieanalyse van dieselmotoren 26
4.3. Radioactiviteit 29 4.4. Oliemistcletectie 30 4.5. Smeerolietemperatuurbewaking 31 4.6. Lagerschaaltemperatuursbewaking 32 4.7. Trillingsanalyse 33 4.8. Krukasdeflexie 34 4.9. Samenvatting 35
Smeeroliecircuits en dynamische drukmetinP
5.1. Inleiding 37
5.2. Smeeroliecircuits 38
5.2.1. Uitwendig smeeroliesysteem 38
5.2.2. Inwendig smeeroliesysteem
5.3. Plaats dynamische drulcmeting 42
5.4. Drukvariaties 42
6.1. Inleiding 47
6.2. Lagerbelasting 47
6.3. Asbaan 48
6.4. Filmdikte 51
6.5. Vullingsgraad en drukvormende lengte 53
6.5.1. Lagermociel 53
6.5.2 Vullingsgraad en drul&ormende lengte 56
6.6. Smeerolie in- en uitstroom 57
6.7. Samenvatting 58
De 1-cilindermotor
7.1. Inleiding 59
7.2. Grootte van de smeeroliestroom 59
7.3. Motorvermogen 60 7.4. Motortoerental 60 7.5. Smeerolietoevoerctruk 61 7.6. Defect Glijlager 61 7.6.1. Defect 61 7.6.2. Lagerspeling 62 7.6.3. Smeerolieviscositeit 63 7.7. Plaats smezroliegroef 64 7.8. Samenvatting 65
8. Smeeroliestroom naar hoofdlagers proefmotor
8.1. Inleiding 66
8.2.2. Hoofdlager 3 defect 68
8.2.3. Hoofdlager 1 defect 69
8.3. Smeeroliegroef boven in hoofdlagers 69
8.3.1 Gezond 69
8.3.2. Hoofdlager 3 defect 70
8.3.3. Hoofdlager 1 defect 70
8.4. samenvatting 71
Model dynamische smeeroliedruk
9.1. Inleiding 72
9.2. Modelleren smeeroliecircuit 72
9.3. Drie circuitmodellen 75
9.4. Resultaat circuitmodellen 76
9.5. Dynamische smeeroliedrulc bij verschillende condities 76
9.5.1. Groef onder 77
9.5.2. Groef boven 77
9.5.3. Conclusie 78
9.6. Samenvatting 78
Dynamische drukmetingen bii de proefmotor
10.1. Inleiding 80 10.2. Druksensoren 80 10.3. Meetleiding 82 10.4. Metingen 82 10.4.1. Koude motor 82 10.4.2. Warme motor 84 10.4.3. Cilinder 3 af 84 10.4.4. Resonantieverschijnselen 85
Conclusies
Aanbevelingen
Literatuur- en referentieliist
Appendices
Appendix 1: Literatuuronderzoek.
Appendix 2: Globale berekening concentratie slijtagedeeltjes. Appendix 3: Drijfstang- en onbalanskrachten.
Appendix 4: Mobiliteitsmethode.
Appendix 5: Lagerbelastings-, asbaan- en smeerolie in- en uitstroom figuren van de zes hoofdlagers met de smeeroliegroef onder in.
Appendix 6: Asbaanfiguren gezond en defect hoofdlagers 3 en 1 met de smeeroliegroef onder in.
Krukas- en drijfstanglagers in middelsnelle dieselmotoren zijn hydrodynamische lagers en worden dynamisch belast door de gas- en onbalanskrachten van de verbranding en het drijfwerk. De rninimale smeerfilmdikte in deze lagers is 5-8 rim. Een veelheid van mechanismen kan leiden tot het falen van de lagers. Echte "afmakers" zijn de mechanis-men smelt- en ploegslijtage. Een betrouwbaar conditiebewakingssysteem voor krukas- en drijfstanglagers is er nog niet. Het merendeel van de bestaande systemen moet worden beschouwd als een beveiligingssyste,em tegen carterexplosies of grote krukasschaden.
In het kader van de afstudeeropdracht is de bruikbaarheid van dynamische drametingen in het smeeroliecircuit voor de conditiebewaking van krukas- en drijfstangla-gers in rniddelsnelle dieselmotoren nader onderzocht. Hiertoe zijn twee rekenmodellen opgesteld en zijn metingen verricht aan een proefmotor ter verificatie. Het eerste model berekent de asbaan, filmdikte en smeerolie in- en uitstroom van een dynamisch belast, eendimensionaal, schraal gesmeerd, caviterend glijlager. Met dit model is de invloed van een lagerdefect op de dynamische smeerolie instroom van het lager onderzocht. Hierbij worth een lagerdefect gesimuleerd door een toename van de lagerspeling. Een defect geeft een herkenbare wijziging van het smeerolie instroompatroon van het lager. De smeerolie-stroom naar de hoofdlagers is bepaald door deze voor elk hoofdlager apart te berekenenen vervolgens te sommeren.
Het tweede rekenmodel vertaalt het smeeroliepatroon naar de hoofdlagers in dynamische drukken op diverse plaatsen in het smeeroliecircuit. Het model is gebaseerd op viskeuze wrijvingsweerstand in leidingen en componenten. Hierbij wordt verondersteld dat de drukregelklep in het smeeroliecircuit niet werkt en wordt de smeeroliestroom naar de drijfstanglagers verwaarloosd. Ook in de dynarnische smeeroliedruk is een lagerdefect herkenbaar.
De uitkomsten van de rekenmodellen komen het meest overeen met de metingen bij een koude proefmotor. Waarschijnlijk is hier door de lage smeerolietemperatuur de smeeroliestroom naar de drijfstanglagers nog klein (verwaarloosd in het rekenmodel).
De conclusie is dat dynarnische drulcmetingen in het sme.eroliecircuit potentieel hebben als methodiek voor de conditiebewaking van krukas- en cirijfstanglagers.
Svmbool Eenheid Omschtving A m^2 oppervlakte c m radiale speling cP J/kg.K soortelijke warmte m lagerdiameter e m excentriciteit F N kracht g groeffactor h m filmdikte i - plaatsindex m lagerlengte 1 m lengte drijfstang M mobiliteit M kg massa m kg massa m N.s^2/m^3 massatraagheidsfactor omw/min toerental
w
vermogen Pa druk 1) Pa druk Ps Pa smeerolie toevoerdruk Q m"3/sec volumestroom R m" straal as R N.s^2/m^4 stromingsweerstand m 1crukstraal N.s/m^3 viskeuze wrijvingsweerstand s m afstand T °C temperatu Ur t sec tijdx - groefbreecite y axiale lagercoordinaat excentriciteit A verschil radiale speling (c) ctrukvormende breedte vullingsgraad
N.s/mA2 dynarnische viscositeit N.s/mA2 dyn. viscositeit bij toevoer kgirnA3 soortelijke massa
lcrukhoek 41), m'3/sec uitstroom mA3/sec instroom
0
tangetiele lagercoordinaat rad/sec hoeksnelheid Subscripts cyl cilinder dis dissipatie belasting 1 lager min minimaal rec oscillerend rot roterend het lager inHet artikel "Automatische Giitekontrolle an Verbrennungsmotoren auf Basis von Schwin-gungsinformationen" door H. Schiffbanker en G.E. Thien [ref. 79] beschrijft de geautoma-tiseerde eindcontrole van nieuwe verbrandingsmotoren, waarbij de motor wordt gesleept door een elecn-omotor. De lcrukas- en drijfstanglagerspelingen worden gecontroleerd door
het meten van de dynamische druk in het smeeroliecircuit van de motor (fig. 137). In het frequentiespectrum van het druksignaal wordt gekeken naar het niveau van de harmoni-schen (fig. 138). De verhouding tussen het niveau bij de ontstekingsfrequentie en de som van de lagere harmonischen is een maat voor goed- of afkeur.
De dynamische druk (puls in het smeeroliecircuit) wordt volgens de auteurs veroorzaakt door de tijdens de arbeidsslag wisselende lagerbelasting, die zich in de in het lager geperste smeeroliefilm voortzet (fig. 139). In normale toestand geeft dit een regelma-tig golfpatroon. Door een ontoelaatbaar grote lagerspeling in het grote drijfstanglager, treedt na de puls van de betreffende cilinder een drukinzinking op. Bij een te grate speling van het hoofdlager wordt het druksignaal overheerst door een laagfrequente zweving. Verder wordt vermeld dat deze defectgevolgen onafhankelijk van de smeerolietemperatuur zijn, de meting verricht is met een piezoresistieve druksensor en dat een werkende motor in principe dezelfde resultaten kan opleveren.
Het artikel suggereert dat door de verbrandingsklap een plotselinge drukstijging ontstaat in de smeerfilm van het hoofcllager en het grote drijfstanglager, waarna deze zich als een drukgolf door het uitwendige smeeroliecircuit voortplant . Dit is onzin. De
drukstijging, de drukopbouw in het lager, zal naar de groef toe afgebouwd worden (fig. 89). Vergelijkingen met drukgolven in hogedruk brandstofieidingen van dieselmotoren lijken niet reeel. Het betreft duidelijk andere leidingdimensies, vloeistofsnelheden en drukken.
In maart 1989 doet Ir. K. Visser verslag van zijn ingenieursopdracht "Dieseldiagnose: Theorie in de praktijk" [ref. 46]. In het kader van deze opdracht heeft hij enkele dynami-sche drukmetingen uitgevoerd aan het smeeroliecircuit van een dieselmotor, die ongelukki-gerwijs binnen 1,5 minuut al schuddend vastliep ten gevolge van een fout in het smeer-oliecircuit. Hierdoor zijn de metingen ongecontroleerd uitgevoerd en bestaat verwarring over exacte loop der gebeurtenissen. Zo is er onduicielijkheid over de grootte van de
van drulaegelklep, pompveiligheid en hoofdlagers) en de kwaliteit van de gebruilcte rekstrook drukopnemer. Deze onzekerheden maken de interpretatie van de meetresultaten zeer speculatief. Desondanks blijft zijn conclusie onaantastbaar staan: "Het ontbreken van een rekenmodel is een belangrijk nadeel bij het evalueren en optimaliseren van deze methode. Derhalve verdient het grote aanbeveling om een rekenmodel op te stellen, waarbij de invloed van de lagergeometrie en de gaskrachten op het druksignaal berekend kunnen worden."
In de voor U liggende afstudeeropdracht wordt na een uitgebreide literatuurstudie over faalmechanismen, faalfrequentie en conditiebevvakingssystemen van krukas- en drijfstang-lagers in middelsnelle dieselmotoren, hiertoe een eerste poging gedaan. Om praktische redenen is de scriptie gesplitst in twee delen. Het eerste deel is het verslag en het tweede deel bevat de bijbehorende figuren en tabellen.
I. Orifttatie
1.1. Dvnarnisch belast 1a2er
Een lager is een constructie die tot doel he,eft het doorleiden van een Icracht tussen twee relatief bewegende werktuigonderdelen. De funktie van het lager is tweeledig. Ten eerste het positioneren van de bewegende werktuigonderdelen ten opzichte van elkaar. Ten tweede het overbrengen van de lcracht met een minimum aan wrijving.
In dieselmotoren worden voor de krukas- en drijfstanglagers hydrodynamische lagers toegepast (glijlagers). Door de hydrodynamische werking bouwt zich in de smeerolie tussen de bewegende vlakken een druk op, waardoor de belasting wordt gedragen en contact tussen de loopvlakmaterialen wordt voorkomen (fig. 1).
De belasting van de lagers is door de verbrandingscyclus dynamisch en mits toerental, vermogen etc. gelijk blijven ook periodiek. Het asmiddelpunt zal door de dynamische belasting niet stil staan ten opzichte van het lagenniddelpunt, maar een asbaan afleggen (fig. 2).
Met name drie aspekten van een dynamisch belast glijlager zijn van belang voor een goed funktioneren; de minimale filmdikte, de drukopbouw en de warmtebalans. De minimale smeerfilmdikte dient groter te zijn dan de som van de ruwheidstoppen van as en lager om metalisch contact te voorkomen. Metalisch contact veroorzaakt een temperatuursverhoging en kan tot slijtage en beschadiging van het lager leiden. De rninimale smeerfilmdikten in de krukas- en cirijfstanglagers van de nieuwe generates dieselmotoren zijn 5-8 pm. De maximale ruwheidsdiepten van een geslepen krukas zijn 2-3 pm Rt en van een gepolijste as 0,8-1.2 pm Rt.
De smeeroliedrukopbouw in het lager kan met de Reynolds-vergelijking worden beschreven en wordt in lcrukas- en drijfstanglagers hoofdzakelijk bepaald door het wig- en buffereffect. De hierbij maximaal optredende smeerfilmdruk in drijfstanglagers varieert van 150 tot 350 MPa. Afhankelijk van de smeerolieviscositeit, lagergeometrie en belas-tingskarakteristiek geeft dit een specifieke lagerbelasting van 10 tot 50 MPa. De specifieke
lagerbelasting is van belang voor de keuze van het lagermateriaal en de vermoeiingssterkte hiervan (fig. 3).
De warmtebalans in het lager vormt zich enerzijds door warmteontwikkeling en anderzijds door warmteafvoer. De warmteontwikkeling ontstaat door viskeuze wrijving in de smeerolie. De warmteafvoer gaat via de smeeroliestroom, de krukas en de lager-schaal/lagerhuis. De smeeroliesrroom zorgt voor 85-95% van de warmteafvoer uit een Icrukas- of drijfstanglager [ref. 4].
De smeerolietemperatuur in het lager is begrensd. Ten eerste verandert de structuur van de over het algemeen gebruikte dieselmotorsmeerolien bij ongeveer 240 °C. Ten tweede kan het lagermateriaal zijn sterkte verliezen. Bij ca. 130 °C zal een looplaag van witmetaal onder belasting plastisch vervormen. De gebruikelijke smeerolietemperatuur in dieselmotoren is dan ook 80-90 °C, zodat een veilige marge ontstaat.
De lagerspeling is een compromis tussen drukopbouw en warmtebalans. Een Ideine speling geeft een goede smeeroliedrukopbouw in het lager, maar een verminderde smeeroliedoor-stroming. De temperatuur loopt hierdoor op en de viscositeit van de smeerolie vermindert, wat weer een dunnere smeerfilm tot gevolg heeft. De toe te passen minimale lagerspeling in middelsnelle dieselmotoren is een diametrale speling van 0,00075 maal de lagerdiameter (fig. 4).
1.2. Constructiedelen
Krukas- en drijfstanglagers in rniddelsnelle dieselmotoren bestaan
uit de volgende
constructiedelen:
as;
smeerfilm; lagerschaal; lagerhuis.
ad a. As:
Krukassen worden gemaakt van nodulair gietijzer of gesme,ed stool. De loopvlalcken van de krukas ondergaan een hardingsproces (bijv. carboneren), zodat een harde as tegen relatief zacht lagermateriaal loopt. Hierdoor ne,emt de neiging tot wrijvingslassen bij niet volledige filmsmering af (ongelijksoortigheidseffect). De gebruikelijke krukashardheid is 265-320 HV5 [ref. 5]. Een lagere hardheid geeft een gxotere asslijtage.
De levensduur van het lager wordt beinvloed door de ruwheid van de as (fig. 5). Veel dieselmotorfabrikanten hanteren een maximum oppervlakte niwheid van 0,25 pm Ra voor geharde lcrukassen en 0.4 pm Ra voor zachte krukassen.
Afhankelijk van de afmetingen en sterkte zijn krukassen doorboord of hol uitge-voerd om de drijfstanglagers vanuit de krukaslagers te voorzien van smeerolie. De smeerolie in- en uitstroomgaten zijn gesitueerd in de loopvlaken van de krukas en wel zo dat ze niet in het hoogst belaste gedeelte zitten.
Door afwijkingen in de uitlijning van de lagerhuizen en door asverVorming onstaat ongelijkmatige lagerslijtage en het risico van ontoelaatbare spanningsconcentraties in de krukas (kerfwerking). Asvervormingen ontstaan doordat de as is belast door buigmomenten (fig. 6) dan wel, door het niet in de lijn liggen van de hanlijnen van de aan elkaar gekop-pelde asdelen. Algemeen wordt een tolerantie van max. 5% van de lagerspeling gehanteerd voor uitlijnfouten van de krukas.
ad b. Smeerfilm:
In de Icrukas- en drijfstanglagers ontstaat door de hydrodynarnische werking een volledige filmsmering. De minimale smeerfilmdikte is hierbij groter dan de som van de ruwheids-toppen van as en lager. Tijdens starten en sruwheids-toppen van de dieselmotor zijn er momenten van gemengde smering. Hydrodynamische lagers, gesmeerd door een vloeistof, moeten worden beschouwd alS caviterende lagers [ref. 7]. Behalve door cavitatie is het ook principieel onmogelijk om in elke situatie over optimaal geplaatste toevoergroeven te beschik.ken, waardoor op ieciere plaats en op ieder tijdstip ruim voldoende smeerolie aanwezig zou kunnen zijn [ref. 8]. In krukas- en drijfstanglagers treedt dan ook schrale smering op.
Voor een goede werking worden er eisen gesteld aan de smeerolie afhankelijk van de gebruikssituatie van de dieselmotor. Zo eist bijv. de Koninklijke Marine voor de
smeer-Viscositeit bij 40 °C: min. 80 cSt - max. 230 cSt;
TBN : min. 6 mgKOH/g:
Water zoet : max. 2%;
zout : max. 0,29k.
De smeerolieviscositeit is afhankelijk van de temperatuur (fig. 7) en de druk. Globaal neemt de smeerolieviscositeit met een factor 2 af bij iedere 10 °C temperatuursstijging en met een factor 2 toe bij iedere 20 a 30 MPa druktoename.
Door de afnemende kwaliteit van de brandstoffen, het langere verversingsinterval van de smeerolie en de grotere lagerbelastingen worden de vuildeeltjes in de smeerolie steeds meer van belang. De minimale smeerfilmdikten in de Icrukas- en drijfstanglagers van de nieuwe generaties dieselmotoren zijn 5-8 pm, terwijl bij gebruik van zware brand-stoffen de vaste deeltjes in de smeerolie 5-100 pm zijn met de grootste concentratie in het gebied 5-20 pm [ref. 10]. Filters moeten dit afvangen (tab. 1 en 2).
ad c. Lagerschaal:
Tegenwoordig worden in middelsnelle dieselmotoren alleen nog dunwandige multilaag-lagerschalen toegepast met een geringe schaaldikte- schaaldiameterverhouding (fig. 8). Lagerschalen hebben een overmaatlengte in omtreksrichting, zodat bij montage door het samendruk-ken van de lagerschalen in het lagerhuis de hierdoor opgewekte radiale krachten voor een goede aanlegdruk zorgen. Deze aanlegdruk (8 MPa en hoger) voorkomt een relatieve beweging tussen lagerhuis en lagerschaal waardoor fretting corrosie of vermoei-ing zou kunnen optreden.
De e,envoudigste, manier om rondom in het lager smeerolie toe te voeren is een centrale rondlopende smeeroliegroef in de lagerschalen. Een groef is echter nadelig voor de smeeroliedrukopbouw. Een centrale rondlopende groef deelt het lager als het ware in tweeen, waarbij meer nadelige randeffecten ontstaan. In het algemeen gebruikt men lagers met een gedeeltelijke smeeroliegroef, gesitueerd in het minst belaste gedeelte van het
lager.
smeerfilm moet de dare lcrukas zo min mogelijk worden beschadigd. Dit wil zeggen dat de lagerschalen tijdens falen zolang hun funktie moeten blijven vervullen tot de dieselmotor is afgezet. De lagerschalen worden hierbij opgeofferd.
Lagerschalen moeten tevens een goed inbedvermogen hebben voor harde vaste vuildeeltjes om te voorkomen dat deze de krukas krassen. Daarnaast moeten ze een goed aanpassingsvermogen (conformabiliteit) hebben om geringe uitlijnfouten van de lager-huizen en asvervormingen op te vangen. In paragraaf 1.3. wordt nader ingegaan op
lagermaterialen.
ad d. Laeerhuis:
Lagerhuizen moeten voldoende stijf zijn om de belasting van de lagers op te nemen. Lagerschalen in flexibele lagerhuizen hebben een hogere aanlegirulc nodig dan in stijvere huizen. Behalve voor de aanleg.druk moeten de lagerhuisbouten nog voldoende reserve hebben om de dynamische krachten tijdens het in bedrijf zijn van de dieselmotor op te vangen. Zoals vermeld bij asvervorrningen, zijn afwijkingen in de uitlijning van de lagerhuizen beperkt tot max. 5.% van de lagerspeling.
Voor een goed contact tussen lagerschaal en lagerhuis worden er ook eisen gesteld aan de ruwheid van de lagerhuisboring. Veel dieselmotorfabrikanten hanteren als maxi-mum 1,6 pm Ra. Grove onnauwkeurigheden op de lagerhuisboring worden zelfs in het loopvlak van de lagerschaal gereflecteerd na enige becirijfsuren. Om deze reden moeten oliekanalen in het huis di_rekt onder het belaste deel van de lagerschaal worden vermeden.
1.3. Lagermaterialen
In middelsnelle dieselmotoren worden tegenwoordig alleen nog dunwandige multilaag-lagerschalen gebruikt. Als voorbeeld een lagerschaal op basis van lood-brons (fig. 9). De funkties van de verschillende lagen zijn:
- De lood-tinlaae (Eng. flash, 1-2 pm) beschermt de lagerschaal tegen corrosie voor installatie;
goed inbed- en conformabiliteitsvermogen. De dikte van de witmetaallaag is een compromis tussen vermoeiingssterkte en deze vermogens. De witmetaallaag geeft tevens minder asslijtage en beschermt lood-bronslagers tegen corrosie door gedegradeerde smeerolie.
- De nikkellaac (Eng. interlayer, max. 5 pm) gaat bij lood-bronslagers tindiffusie van de witmetaallaag naar de lood-bronslaag tegen en vergroot het de corrosieweer-stand. (Bij tin-alurniniumlagers is de nikkellaag nodig voor een goede binding tussen de witmetaallaag en de tin-alurniniurnlaag.)
- De lood-bronslaae (Eng. lining, 0,5-1,0 mm) geeft vermoeiincssterkte aan de lagerschaal. De verrnoeiingssterkte van deze laag is veel beter dan die van de witmetaallaag, maar heeft slechtere loopeigenschappen.
- De stalen onderlaac dient als sterke steunlaag voor de andere lagen en geeft een goede thermische stabiliteit.
Vroeger waren krukas- en drijfstanglagers geheel van witrnetaal (babbitt) op lood- of tinbasis. Door de toename van de specifieke dieselmotorvermogens en de grotere lagerbe-lastingen kwamen er multilaaglagers op basis van koper-lood en lood-brons, die een betere vermoeiingssterkte hadden.
Midden jaren '70 ontstonden problemen met de witmetaallagen van deze lacers. Dit was een gevolg van nog hogere specifieke vermogens, nog grotere lagerbelastingen, hogere olietemperaturen, langere olieverversingsintervallen en het gebruik van zware brandstoffen [ref. 11 en 13]. Vanuit de verbranding komen harde zwarte koolstofdeeltjes (grootte 10-30 pm) in de smeerolie die via abrasie de witmetaal- en nilckellaag beschadi-gen. Hierdoor werd tindiffusie en corrosie door de gedegradeerde en toen vaak zure smeerolie mogelijk (Pb.0 en Pb.S).
Naast andere smeerolien (dopes) en betere filters kwamen de tin-aluminiumlagers in opgang. Deze zijn corrosieongevoelig en hebben geen witrnetaallaag nodig. In de autoindustrie waren de tin-aluminiumlagers direkt succesvol. In middelsnelle dieselmotoren hadden ze in het begin slechts wisselend succes. Dit was o.a. het gevolg van produktiepro-blemen voor deze specifieke dieselmotorlagers.
(tab. 3). Tegenwoordig beginnen de vermoeiingssterkten van tin-aluminium en lood-bronslagers elkaar te benaderen (fig. 10). De nieuwste tin-aluminiurnlagers bevatten fijn verdeelde siliciumdeeltjes, die een polijstend effect hebben op de lcrukas waardoor slijtage als gevolg van adhesie minder is.
Naast andere lagermaterialen zijn ook constructieve wijzigingen gekomen. Zo heeft Fa. Miba Gleitlager AG het "Rillen"-lager geinzoducterd en The Glacier Metal Company LTD het "Mosiac"-lager (fig. 11 en 12). Beide lagers berusten op hetzelfde idee, waarbij het loopoppervlak bestaat uit witmetaal en fin-aluminium, gescheiden door een dunne nikkellaag. Bij het "Rillen"-lager worden aan het loopoppervlak radiale ringen gevormd en bij het "Mosiac"-lager een mozakkpatroon. Het voordeel van deze lagers is dat de lagerslijtage met ongeveer 2/3 deel afneemt, terwijl op de andere karakterisieke lagereigen-schappen slechts weinig wordt ingeboet.
2. Faalmechanismen
2.1. Inleidine
De causale faalketen van een werktuigonderdeel is:
faaloorzaak faalmechanisme faalvorm.
Het is in de tribologie gebruikelijk om het falen van lagers te ordenen naar mechanismen. Deze faalmechanismen worden dan gerubriceerd naar contactsituatie [ref. 21]. Voor krukas- en drijfstanglagers in dieselmotoren geeft dit de volgende indeling:
a. dubbelvlakkig contact; a.l. smeltslijtage; plastische vervorming; adhesie; ploegslijtage; oppervlaktevermoeiing; fretting corrosie; b. drielichamen contact; b.l. abrasie; c. enkelvlakkig contact; c.l. corrosie; stromingserosie; cavitatie-erosie; deeltjeserosie.
In dit hoofdstuk worden de verschillende faalmechanismen beschreven. Elke beschrijving van een faalmechanisme bevat vier aandachtspunten:
definitie faalmechanisme: enkele faaloorzaken;
verschijningsvorm en plaats in het lager: snelheid degradatie van het lager.
Bij het lezen moet men het systeernkarakter van tribologische processen voor ogen houden. Hiermee wordt bedoeld dat kleine veranderingen in de procesparameters (belas-ting, temperatuur, samenstelling milieu, etc.) grote veranderingen in aard en intensiteit van de vaak gelijktijdig optredende faalmechanismen teweeg kunnen brengen. Zo wordt gesteld dat diepgravend fundamenteel onderzoek naar het verloop van de "zuivere" faalmechanis-men niet of nauwelijks zal bijdragen tot het kwantitatief kunnen voorspellen van de te verwachten slijtagesnelheid van een werktuigonderdeel tijdens de ontwerpfase [ref. 21].
2.2. Smeltsliita.c.,e
Smeltslijtage is aantasting van het lager door verhoging van de bedrijfstemperatuur tot het smeltpunt van het lagermateriaal, waama het in smelttoestand door de smeeroliestroom wordt meegenomen [ref. 6]. Enkele mogelijke oorzaken van smeltslijtage zijn onvoldoende smeeroliepompcapaciteit, onjuist smeeroliegroefontwerp en blokkering of tijdelijke stilstand van de smeerolietoevoer (fig. 13).
Afhankelijk van de duur en de grootte van het smeerolietekort varieren de gevolgen van het plastisch vervormen van de looplaag tot het uitlopen van het lager. Wanneer smeltslijtage optreedt, zal dit onder condities van grenssmering of gemengde smering zijn in het zwaarst belaste deel van het lager. Hier is de warmteontwildceling in het lager het grootst en de koeling (smeeroliestroom) het kleinst. Het gesmolten lagermateriaal smeert zich uit boven in het lager en verspreidt zich door het gehele smeeroliesysteem.
Bij lagers geheel van witmetaal is smeltslijtage een instabiel proces en leidt tot het falen van het lager. Door verwijdering van lagermateriaal uit het zwaarst belaste deel van het lager worth de speling hier groter, de smeerfilmdikte kleiner en de smeeroliestroom minder. De bedrijfstemperatuur zal verder toenemen.
beperken tot de looplaag van witmetaal (smelttemperatuur ca. 240 °C). Wanneer deze verwijderd is, komt de tussenlaag van lood-brons of tin-aluminium boven, die duidelijk een hogere smelttemperatuur heeft (ca. 400 °C en hoger).
2.3. Plastische vervorminE
Plastische vervorming is een blijvende vervorming van het lager. Door een belasting op het lager treedt hierin een spanning op die groter is dan de vloeigrens van het lagermate-riaal, waardoor het vervormt. Plastische vervorming van het lager kan worden veroorzaald door maatafwijkingen van lagerschaal en lagerhuisboring, door onvoldoende vastkleyifiing van de lagerschalen en door plaatselijk zware belasting van het_ loppvlak./Plastische vervorming van de lagerschalen is vaak herkenbaar aan spreidingsverlies of aan een diabolovorm '(fig. 18).
Daariwaar een lagerschaal door plastische vervorming niet goed aanligt in de lagerhuisboring, heerst een slechte warmteoverdracht, treedt vermoeiing van lagermateriaal op en is de lagerspeling niet gelijk aan de ontwerpwaarde. De hierbij mogelijke verdraai-ing van de lagerschalen kan leiden tot afsnijdverdraai-ing of verminderverdraai-ing van de smeerolietoevoer en eventueel tot het ''uithameren" van de lagerschaal met als gevolg breuk.
De snelheid van degradatie van het lager door plastische vervorming is tot aan het moment van verdraaien en "uithameren" van de lagerschalen langzaam.
2.4. Adhesie
Adhesieve slijtage is aantasting van het lagermateriaal door de wrijvingsla-acht tussen as en lager bij loopvlakkencontact en relatieve beweging. Tussen de ruwheidstoppen kan een wrijvingslas worden gevormd, waardoor een deeltje van het donoroppervlak wordt uitgerukt en vastplakt aan het acceptoroppervlak. Na herhaaldelijke overdracht, waarbij het deeltje groeit, wordt het zwaarder belast vanwege zijn relatief grote afmetingen. Tenslotte laat het deeltje geheel los en wordt het door de smeeroliestroom meegenomen. Afschui-ving is een ernstige vorm van adhesieve slijtage.
En.kele mogelijke oorzaken voor adhesie tussen as en lager zijn onvoldoende smeerolietoevoer, te hoge vlaktedruk (overbelasting) en te kleine lagerspeling. Adhesieve slijtage treedt op in het zwaarst belaste deel van het lager. waar loopvlakkencontact tussen as en lager het eerst zal plaatsvinden.
Adhesieve slijtage is over het algemeen een langzaam proces. Echter door de beschadiging en opruwing van de loopvlakken en de vorming van afgebroken deeltjes worden andere faalmechanismen geintroduceerd. Ook neemt door adhesieve slijtage de speling van het lager toe, waardoor de smeerfilmdikte afneemt.
2.5. Ploegsliitage / abrasie / deeltjeserosie
Ploegslijtage-effecten kunnen zich voordoen ten gevolge van het binnendringen van de ruwheidstoppen van een relatief hard loopvlak in een zachter tegenloopvlak (dubbelvlakkig contact), ten gevolge van de abrasieve werking van harde deeltjes die zich tussen twee loopvlakken bevinden (drielichamen contact, fig. 19 t/m 23), of door deeltjeserosie waarbij een stromend medium de harde deeltjes langs het zachte vaste oppervlak schuurt (en-kelvlakkige slijtage).
Harde deeltjes komen op een drietal manieren in de smeerolie van de dieselmotor [ref. 28]:
"ingebouwd" vuil in krukkasten, oliekanalen, cilinderboringen, etc. achterge-bleven bij assemblage van de dieselmotor;
binnengekomen vuil door carterontluchtingen of luchtfilters en deeltjes verluegen vanuit de verbranding;
metaal slijtagedeeltjes van bewegencle onderdelen ten gevolge van abrasieve slijtage.
Ploegslijtage, abrasie of deeltjeserosie kan leiden tot het afschuren, het lcrassen en het trekken van sporen en groeven in krukas en lagers (fig. 24). Hierbij wordt de mate van slijtage bepaald door de hardheid, de grootte, de concentratie en de kinetische energie-inhoud van het deeltje(s), door de smeerfilmdikte en door het type lagermateriaal.
Zo blijkt uit onderzoek met stationair belaste lagers dat, hoe groter de concentratie en hoe groter de harde deeltjes zijn, des te sneller slijt het lager [ref. 23]. Tevens blijkt uit dit onderzoek dat harde deeltjes (2,5 - 7 pm, s233 ppm) die kleiner zijn dan de minimale smeerfilmdikte, voor een hogere belastbaarheid van het lager zorgen, omdat zij de aanpassing van de lagerschaal op de krukas verbeteren.
Krassen en groeven in de lagerschaal kunnen groter zijn dan de minimale smeer-filmdikte of verstoren de smeerfilmdrukopbouw [ref. 23]. Ook neemt door deze faalmecha-nismen de speling in het lager toe waardoor de smeerfilmdikte afneemt. Ploegslijtage of abrasie treedt op in het zwaarst belaste deel van het lag.er, omdat hier tijdens de asbaan de afstand tussen as en lagerschaal het kleinst zal zijn. Deeltjeserosie zal plaatsvinden bij de uitstroom van smeerolie in de buurt van de smeeroliegroef.
2.6. Oppervlaktevermoeiin 2
Oppervlaktevermoeiing is het scheuren en uitbrokkelen van lagermateriaal ten gevolge van een cyclische belasting. De vermoeiingssterkte van een lagermateriaal is afhankelijk van de soort belasting (fig. 25), de dikte van de laag en de bedrijfstemperatuur (fig. 26). Corrosie heeft een duidelijk negatieve invloed op de vermoeiingssterkte (fig. 16). Oorzaken van oppervlakteverrnoeiing kunnen zijn overbelasting, slechte binding tussen de lagen en fouten in de uitlijning van lagerhuisboringen of krukas (fig. 27). Fouten in de uitlijning geven onregelmatige slijtage oppervlaldcen (fig. 6).
Vermoeiing van lagermateriaal treedt het eerst op waar de belasting van het lager het grootst is. Oppervlaktevermoeiing begint met scheurtjes in het loopvlak, die door de cyclische belasting doogroeien tot aan de tussenlaag of zelfs tot aan de stalen onderlaag. Hier verandert de groeirichting van de vermoeiingsscheurtjes zodanig, dat ze evenwijdig aan de tussenlaag of onderlaag voortzetten. De vermoeiingsscheurtjes groeien hierdoor naar eLkaar toe, waardoor uiteindelijk schilfertjes lagermateriaal uitbreken (fig. 28). Vermoeiingsschilfertjes zijn relatief groot en veroorzaken dan al gauw abrasieve slijtage.
Oppervlaktevermoeiingsslijtage treecit niet direkt op na het in bedrijfsstellen, maar pas nadat voldoende belastingscycli (van zekere waarden) zijn doorlopen (fig. 29). Na deze incubatieperiode is de snelheid van degradatie van het lager vooral afhankelijk van de
belasting [ref. 21].
Vooral lagers geheel van witmetaal en looplagen van multi1aag-lagers zijn gevoelig voor oppervlaktevermoeiing. Om de vermoeiingssterkte acceptabel te houden moet de looplaag dun zijn, in tegenstelling tot de eisen van een goed inbed- en aanpassingsvermo-gen.De looplaagdikte is dus een comprornis.
2.7. Fretting corrosie
Fretting corrosie is aantasting van het lagermateriaal in de contactzone van twee lagerdelen waartussen een oscillerende microbeweging plaatsvindt. Microbewegingen met een amplitude van 0,025 pm en een snelheid van 0,02 mmluur kunnen al fretting corrosie veroorzaken [ref.26]. Fretting corrosie komt voor tussen de rug van de lagerschaal en de lagerhuisboring en op de contactvlakken tussen de deelhelften van de lagerschaal.
Door de oscillerende microbeweging ontstaat vermoeiing in de contactzone. Deeltjes breken uit en oxideren, waarbij de hardheid toeneemt. De deeltjes kunnen niet of nauwelijks worden afgevoerd waardoor ook abrasie zal optreden (fig. 30). Fretting corrosie is herkenbaar aan zwarte en bruin-rode vlekken op het contactoppervlak, het zogenaamde passingsroest (fig. 31 en 32).
Fretting corrosie kan worden veroorzaakt door een maatafwijking van de lagerhuis-boring, een te kleine overmaat in omtreksrichting van de lagerschalen en een te lage voorspanning van de lagerkapbouten. Fretting corrosie leidt tot vermoeiingsbreuk van de lagerschaal, het verdraaien van de lagerschalen (afsnijden smeerolietoevoer) of tot verminderde warmteoverdracht tussen lagerschaal en lagerhuis waardoor smeltslijtage in het lager kan ontstaan.
Een bijzondere vorm van fretting corrosie is "static fretting" (Eng.). Bijzonder omdat hierbij de dieselmotor afstaat. Bijstaande werktuigen in de omgeving van de dieselmotor kunnen trillingen overbrengen. Tussen krukas en lagerschaal treden hierdoor microverschuivingen op, waardoor de smeerolie hiertussen wordt weggedrukt en metalisch contact ontstaat met fretting corrosie tot gevo1g (fig.33).
2.8. Corrosie
Corrosie is aantasting van het lagermateriaal door een chemisch proces, leidend tot materiaalsverlies of materiaalsafzettingen. Corrosie van lood-brons- en koper-loodlagers wordt veroorzaakt door organische zuren (oxidatie smeerolie) of anorganische zuren (verbrandingsprodukten), door koelwaterlekkage naar de smeerolie of condensvorming en door decompositie van smeerolieadditieven (fig. 14).
Twee soorten corrosie van multilaag-lagers zijn te onderscheiden. Ten eerste de corrosie van de looplagen van witmetaal op lood-basis, die in tegenstelling
tot de
looplagen op tin-basis, gevoelig zijn voor corrosie. (Dit is een secundair probleem.) Ten tweede de corrosie van de tussenlagen van loal-brons of koper-lood, die in contact komen met de smeerolie wanneer de looplaag is beschadigd. Hierbij wordt het lood selectief uit de tussenlaag gelost (deeltjesgrootte < 1 pm), waarna een uitgehold en bros koperskelet achterblijft. Het brosse koperskelet zal door gebrek aan vermoeiingssterkte bezwijken onder de cyclische belasting van het lager (fig. 15). Corrosie heeft dus een negatieve invloed op de vermoeiingssterkte van deze lagers (fig. 16). Tin-aluminiumlagers zijn alleen corrosiegevoelig voor water in afwezigheid van smeerolie.Corrosie vindt plaats in het zwaarst belaste deel van het lager, omdat hier beschadi-ging van de looplaag het eerst optreedt. Er ontstaat een "trein" van faalmechanismen, waarbij eerst de looplaag wordt aangetast, dan de tussenlaag en uiteindelijk bezwijkt het lager. Bijvoorbeeld:
abrasie of vermoeiing looplaag corrosie tussenlaag vermoeiing tussenlaag abrasie tussenlaag door vermoeiingsschilfers -4 lagerspeline groter, filmdikte kleiner
ploegslijtage en smeltslijtage * tussenlaag verdwijnt as loopt vast op stalen onderlaag.
Schematisch is de "trein": a a+b a+b+c a+b+c+d etc.
Corrosie alleen is een langzaam proces en eerder tijdsduur- dan draaiuurafhankelijk. Er zijn twee principieel mogelijke tijdsverbanden (fig. 17). Corrosie in lood-brons en koper-loodlagers lijkt op principe twee te berusten.
2.9. Stromingserosie
Stromingserosie is aantasting van het lagermateriaal door het slageffect van een turbulente smeeroliestroom. De smeeroliestroom is turbulent bij plotselinge doortocht- of scherpe richtingsveranderingen. De kinetische energie van de turbulente smeeroliestroom op het materiaaloppervlak kan hierbij groter zijn dan de vermoeiingssterkte van het materiaal. Kleine deeltjes worden dan uit het kristalrooster van het lagermateriaal verwijderd. De snelheid van degradatie is afhankelijk van de grootte van de kinetische energie.
Stromingserosie kan in lagers optreden bij de uitstroming van smeerolie op de rand van de smeeroliegroef naar het loopvlak. Hierbij beperkt het zich in het algemeen tot de looplaag van het lager. De tussenlaag is vanvvege de hogere vermoeiingssterkte meestal ongevoelig voor stromingserosie. Stromingserosie kan worden voorkomen langs construc-tieve weg door een goede vormgeving zonder scherpe hoeken of plotselinge doortochtver-anderingen.
2.10. Cavitatie-erosie
Cavitatie-erosie is aantasting van het lagermateriaal door het imploderen van dampbellen dichtbij het lageroppervlak. Dampbellen ontstaan bij snelle drukwisselingen waarbij de vloeistofdruk beneden de dampdruk daalt. Als daarna de druk weer oploopt, klapt de dampbel met geweld dicht. Cavitatie-erosie is een vermoeiingsaanval op het lageropper-vlak en beperkt zich over het algemeen tot de zachte looplaag in een licht belast deel van het lager. Cavitatieplekken in de looplaag tot axiaal een derde deel van de lagerbreeclte en tot radiaal een hoek van 90° zijn nog acceptabel, mits de tussenlaag nog niet is bereikt [ref. 5]. Hoe harder en hoe groter de vermoeiingssterkte van het materiaal is, des te groter zal de weerstand tegen cavitatie-erosie zijn en des te langzamer de degradatie van het lager. De oorzaken van cavitatie-erosie kunnen worden verdeeld in driecategorieen:
radiale beweging van de as in het lager:
massatraagheidseffecten van de smeerolie in de drijfstangboringen;
ad a. Radiale beweging van de as in het lager:
Oplossingen voor cavitatie-erosie ten gevolge van een ongunstige asbeweging (fig. 34 Um 36) moeten worden gezocht in het verhogen van de smeerolietoevoerdruk, het verkleinen van de lagerspeling, het wijzigen van de verbrandingsvolgorde (wijzigen asbaan) of door het ter plaatse van de cavitatie-erosieplek een aparte smeerolietoevoer te maken [ref.27].
ad b. Massatraagheidseffecten smeerolie in cirijfstangboringen:
Drijfstangen zijn vaak doorboord om smeerolie toe te voeren naar de zuiger voor koeling en naar de zuigerpen voor smering. Door de massatraagheid van de smeerolie en de ascii-lerende beweging van de drijfstang zijn er momenten waarop de smeerolie terug het lager in wil stsomen. Hierbij wordt door de drukpulsaties van de smeerolie cavitatie-erosie veroorzaakt (fig. 37). Beperking van de pulsaties kan door het plaatsen van terugslag-kleppen of restricties in de drijfstangdoorboringen, zodat dat de smeerolie wel in, maar niet of nauwelijks uit de drijfstang kan stromen. Deze vorm van cavitatie-erosie treeclt eventueel op aan de smeeroliegroefranden van drijfstanglagers waar de drijfstangdoor-boring begint.
ad c. 1nteractie lagergroefontwerp en de doorboringen krukas:
De smeerolietoevoer naar de krukasboring wordt bij een ongunstig groefontwerp plotseling afgesloten (fig. 38). De smeerolie in de boring stroomt nog door en veroorzaakt aan het begin van de doorboring een verlaagde druk waardoor caviteiten ontstaan. De teruggaande drukgolf, ter vereffening van de verlaagde druk, drukt deze caviteiten weer in elkaar. De cavitatieplek heeft de vorm van een halve maan (fig. 39). Door het toepassen van een tangentieel smeeroliegroefontwerp worth het afsluiten van de smeerolietoevoer en hierdoor het verloop van de druk geleidelijker (fig. 40).
2.11. Samenvatting
Uit de betreffende paragrafen blijkt dat het moeilijk is om voor elk faalmechanisme de degradatiesnelheid van het lager aan te geven. Het systeemIcarakter van tribologische processen en het vaak gelijktijdig optreden van faalmechanismen zijn hieraan debet.
Wanneer men voor la-ukas- en drijfstanglagers onderscheid moet maken tussen inleidende faalmechanismen en anderen, dan kan men kijken naar die mechanismen waarvoor de buitenste laag (looplaag) van multilaag-lagers het gevoeligst is. Het is al eerder aangege-ven dat de looplaag een compromis is tussen vermoeiingssterkte, inbed- en aanpasingsver-mogen. Dit zijn de zwakke punten van de looplaag. Inleidende faalmechanismen zijn dan ook vooral oppervlaktevermoeiing, abrasie en adhesie. Echte ''afmakers" zijn smelt- en ploegslijtage (tab. 4).
Het "Overzicht faalmechanismen" is een beknopt resume van dit hoofdstuk (tab. 5). In de kolom "Degradatie lager" is de gradatie snel of langaam gebruikt. Met snel wordt bedoeld dat het falen van het lager binnen enkele seconden of minuten verwachtbaar is. Met langzaam wordt bedoeld, dat het faalmechanisme in de orde van grootte van uren of dagen werkzaam moet zijn wil het lager falen.
In recente tijdschriftartikelen en vakliteratuur is gezocht naar gegevens over de grootte van de slijtagedeeltjes, die vrijkomen bij de respecievelijke faalmechanismen. Deze gegevens leiden tot een beter begrip van de faaImechanismen en de interacties daartussen. Tevens zijn deze gegevens van belang voor een beoordeling van lagerbewakingssystemen. Namelijk met betrekking tot de vraag of zij in staat zijn een specifiek faalmechanisme te detecteren.
In de artikelen en vakliteratuur zijn geen gegevens over de grootte van de slijtage-deeltjes van de respectievelijke faalmechanismen in krukas- en drijfstanglagers gevonden.
3. Faalfreouentie
3. 1. Inleiding
Het falen van lcrukas- en drijfstanglagers in dieselmotoren leidt tot produktiestilstand. De materiele schade varieert van uitgelopen lagers tot krukasbreuk of zelfs carterexplosies. Verzekeringsmaatschappijen, zoals Allianz Versicherung AG, Lloyd's Register of Shipping en Det Norske Veritas, zijn bij het falen van dieselmotoren vooral genteresseerd in de faaloorzaak en in welke onderdelen het betreft. Dit om eventueel de schade te verhalen op een ander en om verzekeringsrisico's (premies etc.) te analyseren.
Dieselmotor- en lagerfabrikanten zijn meer genteresseerd in het faalmechanisme en
zien het falen van een lager als slechte reclame voor hun produkt. Zij beschouwen lagerproblemen als ontwerpfouten die weggeconstrueerd kunnen worden.
De faalfrequentie van lagers en de verdeling hiervan naar mechanismen is van belang bij een beoordeling van lagerbewakingssystemen. Wanneer een lagerbewakingssysteem slechts faalmechanismen kan detecteren die niet of nauwelijks voorkomen. dan is het nut hiervan gering.
Echter het vaststellen van het faalmechanisme is vaak door de grote ravage in de dieselmotor na het falen van het lager niet meer mogelijk. Hierbij wordt onderzoek nog
eens bemoeilijkt, omdat sommige faalmechanismen er op het eerste gezicht identiek uitzien en omdat vaak meerdere faalmechanismen zijn opgetreden.
In dit hoofdstuk wordt achtereenvolgens behandeld:
faalfrequentie van krukas- en drijfstanglagers; frequentieverdeling naar faaloorzaak;
3.2. Faalfrequentie van krukas- en driifstanelagers
Begin jaren '80 hebben in meerdere tijdschriften artikelen gestaan met berrekking tot de faalfrequentie van dieselmotoronderdelen
[ref. 36 en 37]. De artikelen en de hierin
getoonde tabellen waren vooral van inspecteurs van Lloyd's Register of Shipping. Tabel 6 [ref. 36] komt uit een van deze artikelen en is representatief voor andere soortgelijke
tabellen.
De vraag bij deze tabel was of langzame dieselmotoren betrouwbaarder zijn dan rniddelsnelle. Deze analyse van Lloyd's betreft motorschepen met een rninimale waterver-plaatsing van 2000 ton en gebouwd tussen 1972 en 1978. De tabel geeft de aantallen defecten per "belangrijk" onderdeel weer in de periode tot en met december 1978. De analyse zegt niets over de emst of de oorzaak van het defect. Tevens kunnen de getallen voor een groep motoren sterk beinvloed zijn door een ondeugdelijk ontwerp van den type dieselmotor van een fabrikant.
Het blijkt dat in middelsnelle dieselmotoren de faalgevoeligste onderdelen zijn:
krukas en hoofdlagers; zuigers;
drukvulgroepen: drijfstanglagers.
Volgens de auteur is het overwicht van lagerproblemen nauw verbonden met het gebruik van zware brandstoffen. Zware brandstoffen leiden tot hogere verbrandingspiekdrukken (lagerbelasting) en meer verontreinigingen in de smeerolie.
Wanneer de faalfrequenties van krukas- en drijfstanglagers voor middelsnelle dieselmotoren worden opgeteld en gemiddeld over de drie vermogensgroepen, dan is het aantal lagerdefecten per 100 (scheeps-)dienstjaren 15 stuks. De economische levensduur van een koopvaardij schip wordt dezerzijds op ongeveer 10 jaar geschat, zodat met enige voorzichtigheid beweerd kan worden dat elke middelsnelle scheepsdieselmotor gedurende zijn gebruik een lagerdefect lcrijgt.
Fieuur 41 [ref. 20] geeft ook de verbondenheid weer tussen het gebruik van zware brandstoffen en lagerproblemen in dieselmotoren. De vermelde percentages komen niet overeen met de defectenaantallen uit tabel 6. Dit toont de relativiteit van deze figuren en tabellen en geeft aan dat het "gevaarlijk" is om dit soort gegevens absoluut en op zichzelf staand te gebruiken. Zij geven slechts een indicatie.
3.3. Frequentieverdeline naar faaloorzaak
Een veel gebruikte indeling voor faaloorzaken van glijlagers is (tab. 7):
ontwerpfouten; produktiefouten: montagefouten: bedrijfsfouten.
Gegevens met betrekking tot de frequentieverdeling naar faaloorzaak specifiek voor krukas- en drijfstanglagers in dieselmotoren zijn niet gevonden. Wel is een illustratief artikel [ref. 38] gevonden met gegevens over faaloorzaken van motoren. In dit artilcel zijn 409 schadegevallen aan diesel- en aardgasmotoren geanalyseerd door Allianz Versicherung AG. Het betreft schadegevallen in de periode 1975-1979, waarvan het schadebedrag tenminste 5000 DM bedroeg.
Het toepassingsgebied van de motoren uit de' analyse is zeer divers (tab. 8). 15% van de schadegevallen zijn lagerdefecten (tab. 9) en 68% heeft als primaire oorzaak een bedrijfsfout (tab. 10). Onder becirijfsfouten wordt hier verstaan onderhoudsfouten (43%) en bedieningsfouten (25%). De secundaire schadeoorzaak is in 34% van de gevallen een smeerolietekon (tab. 11).
De indicatie dat onderhouds- en bedieningsfouten de meest voorkomende faaloorzaak is, komt overeen met mijn ervaringen opgedaan gedurende mijn p1aatsing (sept '86 - mei '88) op Bureau Motoren van de afdeling Platformsystemen van de Directie Materieel Koninklij-ke Marine. De oorzaKoninklij-ken van rond deze periode opgetreden dieselmotorlagerschaden aan
boord van schepen van de Koninldijke Marine zijn; verkeerd onderhoud aan het smeerolie-systeem, onzorgvuldige inspectie van de lagers of het onjuist interpreteren van bedrijfsge-gevens.
Enige voorbeelden zijn; onjuiste montage van een filterelement in het huis, verkeerde montage van de standaanwijzer op een duplex smeeroliefilter, het niet op tijd verversen van de smeerolie, na inspectie van de hoofdlagers deze niet in hetzelfde lagerhuis terugplaatsen, het terugplaatsen van versleten lagers, de bovenste lagerschaal onder plaatsen en de onderste schaal boven, het schrapen van dunwandige multilaag-lagerschalen, het gebruik van een verkeerd aanhaalmoment voor de drijfstangbouten en smeerolieverdunning door brandstoflekkage.
3.4. FrequentieverdelinE naar faalmechanismen
Over de verdeling van lagerschaden naar faalmechanismen is in recente tijdschriftartikelen en vakliteratuur weinig bruikbaars gevonden. Ook gesprek.ken met twee dieselmotorfabri-kanten en een lagerfabrikant werkten in dit opzicht niet verhelderend. Allen waren van mening dat hun produkten niet of nauwelijks faalden. Als een enkele keer falen optrad, dan was dit een gevolg van "buitengewone" bedrijfsomstandigheden (bijv. veelvuldig en langdurig onbelast draaien) of verkeerd onderhoud. Problemen ten gevolge van buitenge-wone omstandigheden konden in bijna alle gevallen worden opgelost met specifieke modificaties. De fabrikanten wisten wel dat hun concurrenten problemen hadden!
Lagerproblemen zijn vaak fabrikant en type dieselmotor gebonden. Deze lagerpro-blemen zijn ontwerpfouten, die "eruit" geconstrueerd kunnen worden. Zo vertelde een fabrikant dat zij bij een bepaald type dieselmotor problemen hadden met het grote drijfstanglager. Na onderzoek bleek dat de oorzaak hiervan de elastische vervorming van het grote drijfstangoog was. Door het modificeren van het grote drijfstangoog naar een robuster ontwerp waren de problemen opgelost.
label 12 [ref. 34] geeft een verdeling naar faalmechanismen voor diverse werktuigonder-delen. De gebruikte indeling van faalmechanismen is echter niet identiek aan hoofdstuk
2. Tevens zijn hier glijlagers beschouwd uit alle soorten industriele werktuigen, dus behalve
indeling zijn onbekend. Wel valt op dat de hier genoemde faalmechanismen (vreten, oppervlaktebeschadiging en draagbeeldverandering) betrekking hebben op de oppervlakte of de looplaag van het lager. Dit is de plaats waar het falen van een glijlager begint.
In een ander onderzoek wordt geconcludeerd dat abrasie (door verontreinigingen in de smeerolie) en fretting corrosie de meest voorkomende faalmechanismen zijn [ref. 35]. De auteur baseert zijn mening op onderzoek bij een bepaald type dieselmotor met twee verschillende typen lagerschalen in een bepaalde gebruikssituatie. Mijninziens is op basis van deze gegevens een generaliserende uitspraak niet houdbaar.
In 1985 is onder coordinatie van Det Norske Veritas een project gestart met als doel criteria te ontwikkelen voor het optirnale ontwerp van smeeroliesystemen voor maritieme middelsnelle dieselmotoren [ref. 19]. Er N,varen twee nevendoelen. Ten eerste het onderzoe-ken van de invloed van lagerontwerp en lagermateriaal op de levensduur -en de betrouw-baarheid van lagers. Ten tweede het evalueren van lagerbewakingssystemen naar het vermogen om op handen zijnde la eerschaden te detecteren.
Uit dit onderzoek bleek dat met name "black particle wear" leidt tot het falen van lagers [ref. 11 en 20]. Zwarte deeltjes slijtage treedt vooral op bij trunk dieselmotoren op zware brandstoffen. De harde zwarte deeltjes worden bij de verbranding van brandstof en smeerolie gevormd en komen afhankelijk van de zuigerveer/cilinderwand condities in de smeerolie terecht. Deze deeltjes bestaan voor 80-90 % uit koolstof en hebben een grootte van 5-100 urn met de grootste concentratie bij 10-30 pm. Vanwege hun varierende dichtheid
in de orde van grootte van die van de smeerolie,
passeren de deeltjes de centrifugaal filters. Deeltjes tot 100 pm bleken zelfs smeeroliefilters met een fijnheid van 30-40 pm te passeren. Hierna komen de deeltjes in het lager en worden ze ingebed daar waar de filmdikte overeenkomt met hun grootte.De harde zwarte deeltjes veroorzaken abrasie, waardoor de looplaag plastisch wordt vervormd. Tevens worden de deeltjes ingebed. Door de wrijving met de as ontstaan hier plaatselijk hoge temperaturen die tindiffussie en dus corrosie van de looplaag met de smeerolie bevorderen. Wanneer de tussenlaag van loodbrons of koperlood is bereikt, accelereert de degradatie van her lager.
Oplossingen met betrelcking tot zwarte deeltjes slijtage worden gezocht in:
conditiebewaking van de smeerolie en de lagers;
verbetering van de reinigingsefficiency van de smeeroliesystemen; verandering van de smeerolieverversingsintervallen;
andere lagertypen en lagermaterialen.
3.5. Samenvatting
Er zijn weinig statistische gegevens gepubliceerd met betrekking tot lagerdefecten in middelsnelle dieselmotoren. Over de faalfrequentie van laukas- en drijfstanglagers en de faaloorzaak van motoren zijn nog wel enige publicaties van verzekeringsmaatschappijen te vinden, maar statistische gegevens over faalmechanismen zijn nauwelijks gepubliceerd. Dit heeft te maken met de concurrentieposities van zowel lager- als motorfabrikanten. Toch kunnen een viertal punten, zij het met enige voorzichtigheid, worden geconcludeerd:
Van de "belangrijke" onderdelen van een middelsnelle scheepsdieselmotor hebben lcrukas en hoofdlagers de hoogste faalfrequentie;
Elke middelsnelle scheepsdieselmotor zal gedurende de economische levensduur van het schip eenmaal lcrukas- of drijfstanglagerschade oplopen;
De meest voorkomende faaloorzaken van een dieselmotor onder ''normale" gebruiksom-standigheden zijn onderhouds- en bedieningsfouten;
Het meest voorkomend inleidende faalmechanisme van lcrukas- en drijfstanglagers in de "nieuwe" dieselmotor gebruikssituatie met zware brandstoffen is abrasie (zwarte deeltjes slijtage).
4. Conciitiebewakin
4.1. Inleidinq
Een adequate bewaking van krukas- en drijfstanglagers in dieselmotoren lijkt voor als nog een niet te bereiken doel [ref. 18]. Het toepassen van meerdere bewakingstechnieken tegelijkertijd is nodig voor een enigzins betrouwbare lagerbewaking. Bijvoorbeeld het regelmatig meten van de krukasdef1exie en het gebruik van zowel oliemistdetectoren als lagertemperatuurssensoren.
Economische- en betrouwbaarheidsaspecten spelen een rol bij het bepalen welke lagerbewakingstechnieken zullen worden toegepast. Zo zal een systeem van oliemistdetec-toren voor de bewaking van drijfstanglagers een aantrekkelijker alternatief zijn dan een systeem dat op temperatuursmetingen is gebaseerd. Wanneer hier temperawursmetingen worden toegepast dan moet een signaal van de drijfstang naar de ontvangstapparatuur worden getransporteerd door middel van telematica, wat het een gecompliceerde, dure en enigzins onbetrouwbare bewakingsmethode maakt [ref. 52].
Bij het behandelen van de diverse bewakingstechnieken in de volgende paragrafen blijkt dat slechts weinig bewakingstechnieken mogelijkheden hebben tot conditiebewalcing. Het merendeel moet eigenlijk worden gezien als een beveiliging tegen krukkastexplosies of grote lcrukasschaden veroorzaakt door lagerdefecten. Wanneer zo'n bewakingstechniek ingrijpt, moet lagerinspectie plaatsvinden en vaak blijkt dan dat het lager al onherstelbaar is beschadigd en vervangen moet worden.
In dit hoofdstuk worden achtereenvolgens de volgende bewakingstechnieken behandeld:
a, slijtagedeeltjes: a.l. smeerolieanalyse; a.2. radioactiviteit: b. lagertemperatuur: b.l. oliemistdetectie;
smeerolietemperatuurbewaking; lagerschaaltemperatuurbewaking;
dynarnische belasting: c.1. trillingsanlyse; positionering: d.l. krukasdeflexie.
4.2. Smeerolieanalyse
4.2.1. Orientatie
De smeerolie van dieselmotoren wordt om een tl.veetal redenen geanalyseerd. Ten eerste om te bepalen of de smeerolie geschikt is voor verder gebruik. Hiertoe worden bijv. de viscositeit, het zuurgetal en het watergehalte gemeten. Ten tweede om een indruk te krijgen van de conditie van de dieselmotor. Hiertoe worden de slijtagedeeltjes in de smeerolie geanalyseerd (fig. 42).
De analyse van slijtagedeeltjes richt zich op de vorm, de concentratie, de grootte en de samenstelling van de deeltjes. De vorm reflecteert het faalmechanisme, de concentratie en de grootte geven aan hoe ver het faalmechanisme is gevorderd (fig. 43) en de samen-stelling indiceen het betreffende onderdeel.
De detectiemethoden van slijtagedeeltjes in smeerolie zijn in drie groepen te verdelen (tab. 13):
directe detectiemethoden;
slijtagedeeltjes verzamelen en inspectie; smeeroliebemonstering en analyse.
ad a. Directe detectie methoden
Bij de directe detectiemethoden is de meetapparatuur in de smeerolieleidingen geplaatst en wordt continu de smeerolie bewaakt op basis van optische, inductieve of capacitieve technieken. Deze detectiemethoden
zijn nog in
een ontwikkelingsstadium, maar dead b. Sliitaeedeelties verzamelen en inspectie
Deze detectiemethoden scheiden de slijtagedeeltjes
uit de smeerolie door filters
of magnetische pluggen. Hierna wordt de verzamelde sludge geinspecteerd en onderzocht. Het nadeel van filters is, dat het alle soorten deeltjes meteen bepaalde grootte afvangt wat de bepaling van de sludgesamenstelling bemoeilijkt [ref. 40].Het nadeel van magnetische pluggen is, dat alleen slijtagedeeltjes met magnetische eigenschappen worden afgevangen. Magnetische pluggen zijn dus ongeschikt voor de conditiebewaking van krukas- of drijfstanglagers in dieselmotoren.
ad c. Smeerolie bemonsterine en analyse
De analyse van slijtagedeeltjes in een smeeroliemonster bestaat voor dieselmotoren hoofdzalcelijk uit een tweetal technieken namelijk spectrografie en ferrografie. Spectrogra-fie berust op her bepalen van de intensiteit van de spectraallijnen van het monster door atomaire emissie of atomaire absorptie. Met spectrografie worden de elementen van de slijtagedeeltjes en de concentraties hiervan bepaald (bijv. in ppm [mg/Itr]). Het is dus niet mogelijk om de vorm en de grootte van de slijtagedeeltjes te bepalen. Met spectrografie kunnen slijtagedeeltjes met een grootte tot ongeveer 10 pm geanalyseerd worden. Spectrografie is automatiseerbaar en kan snel worden uitgevoerd (tab. 14).
Ferrografie berust op de magnetische scheiding van de slijtagedeeltjes uit het smeeroliemonster (fig. 44 en 45). De slijtagedeeltjes gerangschikt naar grootte op het ferrogram worden door deskundigen met een speciale rnicroscoop op vorm en grootte onderzocht. De strengen deeltjes met magnetische eigenschappen op het ferrogram werken als een filter waardoor ook niet magnetische deeltjes worden vastgehouden. Verhitting is nodig om de samenstelling van deze deeltjes aan de hand van hun verkleuring te kunnen bepalen. Ferrografie is niet automatiseerbaar en met ferrografie kunnen deeltjes met een grootte van ongeveer 5 tot 100 pm worden geanalyseerd (fig. 46).
4.2.2. Smeerolieanalvse van dieselmotoren
Smeerolieanalyse van dieselmotoren met betrekking tot slijtagedeeltjes betreft vooral spectzografie en ferrografie. De toepassing van spectrografie en ferrografie bij
dieselmo-toren is voorzien van halcen en ogen. Zo leiden filterwerkin2 en smeerolieverbruik tot niet representatieve smeeroliemonsters. Middelsnelle scheepsdieselmotoren zijn in het algemeen voozien van een automatisch filter in de smeeroliehoofdstroom met een fijnheid van 20-40 pm en van een centrifugaal filter in een aftakking van de hoofdstroom (bypass), die deeltjes groter dan 1 pm en met een soortelijke massa groter dan die van de smeerolie uitscheidt. Dit met filterrendementen die niet altijd optimaal zijn, wat een spreiding geeft in de meetresultaten.
Bij de verbranding van smeerolie in de cilinders door slechte zuigerveercondities verdwijnen slijtagedeeltjes met de uitlaatgassen, terwijl het carter elke keer weer wordt opgetopt met schone smeerolie.
Het werken met afkeurwaarden voor concentraties van bepaalde slijtageelementen in de smeerolie voor een bepaald type dieselmotor is niet bevredigend [ref. 42]. Onder het gezegde "geen enkele motor is hetzelfde" wordt in het algemeen gewerkt met trendbewa-king per motor. Het interpreteren van spectrografieresultaten van een smeeroliemonster uit een bepaalde dieselmotor is dan ook alleen goed mogelijk, wanneer men beschikt over ruime ervaring met eerdere metingen met terugkoppeling van de bijbehorende motorcon-dities.
Uri artikel [ref. 43] vermeldt dat bij het proefdraaien van nieuwe motoren in eerste instantie goede motoren werden afgekeurd, omdat de afkeurwaarden voor de toegestane concentraties slijtageelementen waren gebaseerd op abnormale slijtage van een enkel lager. Bij het proefdraaien, het gelijktijdig inlopen van alle lagers, werd deze norm al gepasseerd zonder dat er sprake was van abnormale slijtage.
In appendix 2 is globaal berekend wat de concentraties lood, koper en tin in de smeerolie zullen zijn, wanneer een hoofdlager van een dieselmotor (Pielstick 8 PA 4V 200V0) slijt van nieuwmaat tot afkeurwaarde. Conclusie is dat niet alle spectrografietech-nieken qua gevoeligheid voldoen voor de be waking van krukas- en drijfstanglagers.
Publicaties over smeerolieanalyse zijn niet eenduidig. Betrouwbaarheidsonderzoek en faalkansvoorspelling op basis van spectrografie voor diesellokomotieven van een Canadese spoorwegmaatschappij zijn mislukt [ref. 42]. Conditiebewaking van maritieme dieselmoto-ren door ferrografie lijkt mogelijk [ref. 41], maar de hierin gebruikte definitie van "juist
geclassificeerd" is zeer twijfelachtig. In totaal 254 smeeroliemonsters van dieselmotoren werden net voor groot onderhoud geanalyseerd met als resultaat dat 13 monsters werden afgekeurd. Bij groot onderhoud aan deze 13 motoren bleek in 7 gevallen reparatie nodig en in 6 gevallen niet. Van de 241 goedgekeurde motoren hadden er 16 reparatie nodig en 225 niet. De auteurs concluderen dat ferrografie in ({7+225}/254=) 91,34% van de gevallen juist classificeerd. Mijn inziens blijkt dat er in (6/13--) 46% van de detectiegeval-len sprake was van loos alarm en (16/{16+7)=-) 709c van de reparaties niet werd gedete,c-teerd.
Ook Lloyd's Register of Shipping meldt dat smeerolieanalyse voor maritieme dieselmotoren nog niet vrij van moeilijkheden is. Op korte termijn is nog geen acceptatie te verwachten van smeerolieanalyse als reden om grote dieselmotoren te openen [ref. 45]. Volgens Lloyd's is het wel mogelijk cm met bijv. spectrografie te constateren dat er jets aan de hand is in een dieselmotor, maar een eenduidige relatie met den bepaalde specifie-ke fout of faalmechanisme aan een onderdeel is er nog niet [ref. 44].
Voor detectie van diverse slijtageprocessen in een dieselmotor door middel van smeerolieanalyse moet dan ook een bruikbaar geheel worden gezocht in een combinatie van spectrografie en ferrografie, eventueel aangevuld met andere technieken [ref. 39, 40, 46, en 47].
Krukas- en drijfstanglagers kunnen alleen worden bewaakt, wanneer het bemonsteringsin-terval kleiner is dan de tijdsduur van aanvang faalmechanisme tot het moment van falen. Smeerolieanalyse kan dan ook de snelle faalmechnismen (de "afmakers", smeltslijtage en ploegslijtage) niet tijdig detecteren.
Smeerolieanalyse detecteert faalmechanismen door lagermateriaaldeeltjes
in de
smeerolie. Er zijn faalmechanismen die geen materiaalsverlies geven (plastische vervor-mine) of die slijtagedeeltjes geven welke door de filters worden afgevangen (oppervlakte-vermoeiing, slijtagedeeltjes 10-50 pm afliankelijk van de dikte van de looplaag). Dat deze faalmechanismen toch nog eventueel gedetecteerd worden, komt omdat zij onderdeel zijn van treintjes faalmechanismen (tab. 4). Zo komt na (of naast) oppervlaktevermoeiing ook corrosie (deeltjesgrootte < 1 pm) voor. Spectrografie (gevoeligheid tot ongeveer 10 pm) is uitermate geschikt om corrosie van glijlagers te detecteren[ref. 40 en 41], maar is
Ferrografie (gevoeligheid ongeveer 5-100 pm) is ongeschikt voor glijlagerbewaking in dieselmotoren. Ten eerste worden nagenoeg alle deeltjes van deze grootte uitgefilterd en ten tweede is het maar de vraag hoe goed met ferrografie lagerslijtagedeeltjes (Pb, Cu, Al, Sn alien niet magnetisch) gedetecteerd kunnen worden.
4.3. Radioactiviteit
Glijlagers kunnen on-line worden bewaakt door "surface-layer activation" (SLA). Bij deze techniek warden in de looplaag van het lager radioactieve kernen ingeplant zonder dat een verandering van de mechanische eigenschappen van het lager optreedt. De radioactieve kernen stralen gamma-straling uit met een intensiteit die veilig is voor het personeel en sterk genoeg om buiten het werktuig de srraling te kunnen meten. De afname van de intensiteit is een maat voor de lagerslijtage waaruit het materiaalsverlies van het lager kan worden berekend. SLA is nog in een teststadium [ref. 60].
Het radioactief maken van glijlagers om hiermee het slijtagegedrag te kunnen vastleggen of bewaken is niet nieuw. Eind jaren '70 paste men bij verschillende laboratoriumtesten een soortgelijke techniek toe [ref. 23, 61 en 62]. Hier mat men echter niet de afname van de intensiteit van het lager, maar de toename van de stralingsintensiteit van de smeerolie met lagerslijtagedeeltjes. Hiertoe gebruikte men een in de smeeroliekringloop opgenomen detector (fig. 60). Het verschil met SLA was dat men werkte met alfa-straling in plaats van gamma-straling. Het gebruik van alfa-straling liet slechts een korte analyseperiode toe van ongeveer tien dagen door het snelle radioactiviteitsverval. Met SLA is deze periode minimaal een half jaar.
Het voordeel van lagerslijtagebepaling door meting van radioactiviteit is dat tijdrovende demontage en onnauwkeurigheidsgevoelige manieren van meten, zoals het wegen en de afmetingen bepalen, achterwege kunnen blijven.
SLA is nog in een teststadium, maar de mogelijkheden met betrekking tot lagerbewaking zijn interessant. Met SLA kan on-line het materiaalsverlies van het lager warden bepaald. Op deze wijze is het mogelijk de faalmechanismen, gepaard gaande met
materiaalsverlies, te detecteren. Voor het onderscheiden van de diverse faalmechanismen van laukas- en drijfstanglagers is SLA niet toepasbaar.
4.4. Oliemistdetectie
Een oliemistdetector heeft tot doel het signaleren van een te grote concentratie zwevende smeeroliedeeltjes in het carter van een dieselmotor om carterexplosies te voorkomen. Een carterexplosie is mogelijk, wanneer de olienevel in het carter door de aanwezigheid van een warrnloper verandert in een plaatselijk explosief mengsel. Dit explosieve mengsel kan door de warmloper zelf worden ontstoken, zodat de warrnloper zowel veroorzaker als ontstekingsbron kan zijn van het explosieve mengsel.
Een warrnloper kan elk willekeurig aan wrijving onderhevig motoronderdeel in het carter zijn. Er zijn carterexplosies bekend door warmgelopen zuigers, cilindervoeringen, zuigerpennen, kettinggeleiders en lagers.
Oliemistcletectie is gebaseerd op de niet-lineaire verhouding tussen olienevelconcentratie en de optische dichtheid (doorzichtigheid) hiervan (fig. 48).
Normaliter werkt een dieselmotor met een concentratie zwevende smeeroliecleeltjes van minder dan 50 mg/ltr (ca. 4% oliedampconcentratie in lucht) wat de lage explosieli-rniet is (fig. 47). De laagste ontstekingstemperatuur is 270 °C bij een massaverhouding van 13% oliedampconcentratie in lucht. Van krukas- en drijfstanglagers is de smelttemperatuur van de witmetaallaag ongeveer 240 °C en van de tussenlaag 400 °C en hoger.
Lloyd's Register of Shipping eist voor scheepsdieselmotoren met een vermogen groter dan 2250 kW of met een cilinderdiameter groter dan 300 mm de toepassing van een oliemistdetectiesysteern of een lagertemperatuurbewakingssysteem om carterexplosies te voorkomen.
Uit het voorgaande blijkt dat een oliernistcletector tot doe heeft een te dichte concentratie zwevende smeeroliedeeltjes te signaleren en niet het warmlopen van een lager. Len te dichte concentratie zwevende smeeroliedeeltjes wordt gevormd door een warmloper. Een warmloper kan een lager zijn, maar ook een ander dieselmotoronderdeel. Zodoende is voor
